Рання Сонячна система мала прогалину між її внутрішньою та зовнішньою областями, кажуть вчені

Викликане юним Юпітером або вітром, що виникав на протопланетному диску, космічне розмежування, ймовірно, сформувало склад молодих планет.

Про це розповідають у Массачусетському технологічному інституті.

У ранній Сонячній системі “протопланетний диск” з пилу та газу обертався навколо Сонця й з часом об’єднався у планети, які ми знаємо сьогодні.

Новий аналіз древніх метеоритів, проведений вченими з Массачусетського технологічного інституту та інших, дозволяє припустити, що загадкова прогалина існувала у цьому диску близько 4,567 мільярда років тому, недалеко від місця, де сьогодні знаходиться пояс астероїдів.

Результати команди, опубліковані в журналі Science Advances, надають прямі докази існування цієї прогалини.

"За останнє десятиліття спостереження показали, що порожнини, прогалини та кільця поширені в дисках навколо інших молодих зір", - каже Бенджамін Вайс, професор планетарних наук на факультеті наук про Землю, атмосфери та планети (EAPS) Массачусетського технологічного інституту. "Це важливі, але погано зрозумілі ознаки фізичних процесів, за допомогою яких газ і пил перетворюються на молоде сонце та планети".

Аналогічним чином, причина виникнення такої прогалини у нашій власній Сонячній системі залишається загадкою. Однією з можливостей є те, що міг вплинути Юпітер. Коли газовий гігант формувався, його величезне гравітаційне тяжіння могло виштовхнути газ та пил до околиць, залишивши за собою розрив у диску, що розвивається.

Інше пояснення може бути пов′язане з вітрами, що виникають на поверхні диска. Ранні планетарні системи управляються сильними магнітними полями. Коли ці поля взаємодіють з обертовим диском газу та пилу, вони можуть виробляти вітри, досить потужні, щоб видувати матеріал, залишаючи за собою прогалину у диску.

Незалежно від її походження, прогалина у ранній Сонячній системі, ймовірно, служила космічним розмежуванням, утримуючи матеріал по обидві сторони від взаємодії. Цей фізичний розподіл міг сформувати склад планет Сонячної системи. Наприклад, на внутрішній стороні розриву газ та пил злилися у вигляді планет земного типу, включаючи Землю та Марс, тоді як газ та пил, що потрапили на дальню сторону розриву, сформували у більш крижаних регіонах такі, як Юпітер та його сусідні газові гіганти.

"Досить важко подолати цю прогалину, і планеті знадобиться великий зовнішній крутний момент та імпульс", - каже провідний автор та аспірант EAPS Каук Борліна. "Отже, це слугує доказом того, що формування наших планет було обмежене певними регіонами ранньої Сонячної системи".

Їх співавторами є інші співробітники Массачусетського технологічного інституту, а також Оксфордського університету та Університету Цінхуа.

Розщепленість у космосі

Протягом останнього десятиліття вчені спостерігають дивну розщепленість у складі метеоритів, які потрапили на Землю. Ці космічні камені утворилися у різний час і в різних місцях під час формування Сонячної системи. Ті, що були проаналізовані, демонструють одну з двох ізотопних комбінацій. Рідко зустрічається, коли метеорити демонструють і те, і інше - загадку, відому як "ізотопна дихотомія".

Вчені припустили, що ця дихотомія може бути результатом прогалини в диску ранньої Сонячної системи, але ця прогалина не була прямо підтверджена.

Група Вайса аналізує метеорити на наявність ознак стародавніх магнітних полів. Коли молода планетарна система набуває форму, вона несе в собі магнітне поле, сила і напрямок якого можуть змінюватися залежно від різних процесів у диску, що розвивається. Коли древній пил збирався у зерна, відомі як хондрули, електрони всередині хондрул вирівнювалися з магнітним полем, у якому вони утворилися.

Хондрули можуть бути меншими за діаметр людського волосся і зустрічаються сьогодні в метеоритах. Група Вайса спеціалізується на вимірюванні хондрулів для виявлення стародавніх магнітних полів, в яких вони початково утворилися.

У попередній роботі група проаналізувала зразки однієї з двох ізотопних груп метеоритів, відомих як невуглецеві метеорити. Вважається, що ці камені виникли в "резервуарі" або регіоні ранньої Сонячної системи, розташованому відносно близько до Сонця. Група Вайса раніше визначила древнє магнітне поле у ​​зразках з цієї близької області.

Невідповідність метеоритів

У своєму новому дослідженні вчені замислювалися над тим, чи буде магнітне поле таким самим у другій ізотопній, «вуглецевій» групі метеоритів, які, судячи з їх ізотопного складу, виникли далі в Сонячній системі.

Вони проаналізували хондрули, кожна розміром близько 100 мкм, з двох вуглецевих метеоритів, виявлених в Антарктиді. Використовуючи надпровідний квантовий інтерференційний пристрій або SQUID – високоточний мікроскоп у лабораторії Вайса – команда визначила первісне, стародавнє магнітне поле кожної хондрули.

На диво, вони виявили, що напруженість їх поля сильніша, ніж у ближчих невуглецевих метеоритів, які вони раніше вимірювали. У міру формування молодих планетарних систем, вчені очікують, що напруженість магнітного поля повинна зменшуватися з віддаленням від Сонця.

Напроти, Борліна та його колеги виявили, що дальні хондрули мають більш сильне магнітне поле, приблизно 100 мікротесла, у порівнянні з полем з 50 мікротеслами у ближчих хондрулах. Для довідки, магнітне поле Землі сьогодні становить близько 50 мікротесла.

Магнітне поле планетарної системи – це міра швидкості її акреції, або кількості газу та пилу, які вона може з часом втягнути до свого центру. Судячи з магнітного поля вуглецевих хондрул, зовнішня область Сонячної системи повинна була акреціювати набагато більше масу, ніж внутрішня.

Використовуючи моделі для симулювання різних сценаріїв, команда прийшла до висновку, що найбільш ймовірним поясненням невідповідності швидкостей акреції є наявність проміжку між внутрішньою та зовнішньою областями, який міг би зменшити кількість газу та пилу, що надходить до Сонця із зовнішніх регіонів.

"У протопланетних системах прогалини поширені, і тепер ми показуємо, що у нашій Сонячній системі була одна така", - каже Борліна. "Це дає відповідь на цю дивну дихотомію, яку ми бачимо в метеоритах, і дає докази того, що прогалини впливають на склад планет".

Це дослідження частково підтримали НАСА та Національний науковий фонд США.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.